光學(xué)式生物訊號感測器需求勁揚。心率/呼吸監(jiān)測、血壓或血氧等生理訊號監(jiān)測功能已成為新一代穿戴裝置提升產(chǎn)品價值的新法寶，將刺激相關(guān)光學(xué)式生物感測器出貨量爆發(fā)性成長，因而吸引眾多晶片商競相展開產(chǎn)品及技術(shù)布局。
自年初AppleWatch問世以來，穿戴裝置市場熱度便一路飆升。尤其品牌廠紛紛透過智慧手表內(nèi)建光學(xué)式生物感測器與應(yīng)用程式結(jié)合，提供心率監(jiān)測(HRM)、呼吸/睡眠偵測、體脂、血壓及血氧等體征訊號量測(VitalSignsMonitoring,VSM)功能，更進(jìn)一步揭開“穿戴裝置2.0”的發(fā)展序幕，將促進(jìn)智慧手環(huán)/手表從運動健身輔助應(yīng)用，跨足健康照護(hù)，甚至醫(yī)療級應(yīng)用等專業(yè)領(lǐng)域，增添產(chǎn)品附加價值。
看準(zhǔn)VSM設(shè)計需求，一線MEMS感測器晶片商皆開始規(guī)畫光學(xué)式生物感測器產(chǎn)品線;而其他領(lǐng)域的晶片商亦加碼投資以掌握相關(guān)技術(shù)，如戴樂格(Dialog)買下敦宏40%股份、臺灣晶技購并愛盛科技等，皆可窺見業(yè)界極度重視此類感測器的發(fā)展。
穿戴結(jié)合VSM應(yīng)用夯光學(xué)感測器設(shè)計需求旺
亞德諾(ADI)亞太區(qū)醫(yī)療行業(yè)市場經(jīng)理王勝表示，VSM將是引領(lǐng)穿戴裝置下一波發(fā)展的核心技術(shù)(圖1)，可將智慧手表、手環(huán)及眼鏡等產(chǎn)品長時間配戴于人體的特色發(fā)揮到淋漓盡致，提供手機(jī)難以比擬的貼身感測體驗。目前VSM設(shè)計可概分為肌電感應(yīng)、光學(xué)式感測等方式，而后者成本較親民、模組體積更精巧，更被看好能為穿戴產(chǎn)品接受，因此市場需求正與日俱增，吸引眾多晶片商卡位。
圖1典型VSM功能的軟硬體設(shè)計需求
穿戴裝置結(jié)合VSM的發(fā)展劃分三大階段，目前大多產(chǎn)品仍停留在第一階段的“運動健身”范疇，僅透過微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)動作感測器提供計步等簡易功能，至于第二和第三階段的“健康保健”、“醫(yī)療照護(hù)”應(yīng)用皆須透過光學(xué)感測器并搭配相關(guān)演算法才能實現(xiàn)。王勝進(jìn)一步指出，要讓穿戴裝置符合醫(yī)療級產(chǎn)品規(guī)格，精確性和穩(wěn)定度絕對是關(guān)鍵指標(biāo)，因而驅(qū)動光學(xué)感測器、類比前端(AFE)和系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計革新。
心動生技總經(jīng)理李永文補(bǔ)充，現(xiàn)階段，演算法和光學(xué)結(jié)構(gòu)對VSM精確性的影響最為顯著，因此該公司專注研發(fā)VSM軟體演算技術(shù)，并已發(fā)展出心率變異度(HRV)、PRV(PulseRateVariability)演算法，可提供較現(xiàn)有HRM方案更準(zhǔn)確且更具參考價值的演算資料。同時，ADI、心動生技及邁動科技也分別貢獻(xiàn)感測器/AFE元件、演算法及系統(tǒng)設(shè)計端的知識，共同發(fā)展完整VSM軟硬體方案，可望加速穿戴裝置由運動健身接軌健康及醫(yī)療照護(hù)應(yīng)用。
事實上，其他領(lǐng)域的晶片商也非常重視光學(xué)式生物感測器應(yīng)用商機(jī)，正紛紛以不同技術(shù)路線搶進(jìn)市場。其中，時脈元件商晶技已發(fā)展出可用于MEMS光學(xué)感測元件的石英陶瓷(Ceramic)封裝技術(shù)，透過專利3D堆疊結(jié)構(gòu)(StackingStructure)打造無底噪、小尺寸近接光及環(huán)境光感測模組(Proximity&AmbientLighSensor)，可望進(jìn)一步滿足穿戴裝置輕薄設(shè)計要求。
石英/MEMS技術(shù)合拍光學(xué)感測器尺寸再減半
臺灣晶技行銷處產(chǎn)品應(yīng)用工程經(jīng)理林立青表示，近接光感測器已成手機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配備，甚至有整合手勢控制、環(huán)境光與色彩感測功能，或再搭配演算法支援VSM應(yīng)用的趨勢，因此系統(tǒng)廠對元件成本及體積的要求也日益嚴(yán)格。瞄準(zhǔn)此一設(shè)計趨勢，晶技率先運用石英陶瓷封裝開發(fā)光學(xué)感測器模組，透過特殊3D堆疊結(jié)構(gòu)實現(xiàn)單開孔設(shè)計，以替代傳統(tǒng)Tx、Rx雙開孔方案，將尺寸從業(yè)界主流4020、4024降至2520(2.5mm×2.0mm)的新里程碑，同時還能大幅改善漏光、折射干擾等問題，以達(dá)到無底噪、低光學(xué)結(jié)構(gòu)成本目的。
事實上，石英與MEMS元件的感應(yīng)原理相似，在封裝、量測和生產(chǎn)技術(shù)方面亦有不少重疊之處，兩相結(jié)合將發(fā)揮一加一大于二的效果，讓光學(xué)感測器精準(zhǔn)度、尺寸和成本的改善更加均衡發(fā)展。
林立青認(rèn)為，下一階段，穿戴式裝置開發(fā)商勢將大舉導(dǎo)入光學(xué)感測器，以實現(xiàn)紫外光(UV)感測、手勢操作，或再搭配演算法支援心率監(jiān)測、呼吸、血壓和血氧等VSM功能。對此，晶技利用石英陶瓷封裝打造的小尺寸光學(xué)感測器模組，將能一次滿足上述設(shè)計要求，有助該公司在未來的光學(xué)感測器技術(shù)競賽取得有利位置。